EP0374030A1 - Suspension mécanique de type isostatique notamment pour véhicule automobile - Google Patents

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EP0374030A1
EP0374030A1 EP89403432A EP89403432A EP0374030A1 EP 0374030 A1 EP0374030 A1 EP 0374030A1 EP 89403432 A EP89403432 A EP 89403432A EP 89403432 A EP89403432 A EP 89403432A EP 0374030 A1 EP0374030 A1 EP 0374030A1
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EP
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cradles
suspension
wheelhouse
vehicle
articulated
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EP89403432A
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German (de)
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Inventor
Jacques Pierre
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Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
Original Assignee
Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
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Publication date
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    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
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    • B60G21/02—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected
    • B60G21/04—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2202/00—Indexing codes relating to the type of spring, damper or actuator
    • B60G2202/10—Type of spring
    • B60G2202/11—Leaf spring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
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    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/011—Modular constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
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    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/60—Subframe construction
    • B60G2206/605—Flexible constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/70—Materials used in suspensions
    • B60G2206/71—Light weight materials
    • B60G2206/7101—Fiber-reinforced plastics [FRP]

Definitions

  • the invention relates to a new type of mechanical suspension, in particular for motor vehicles which makes it possible to perform the usual functions of the suspension and which are: - handling, - passenger comfort, - the maintenance of the structure, on all types of road, even on hard roads.
  • a suspension is a set of parts connecting the "suspended elements" (vehicle body) to “unsprung elements” (wheels), this assembly making it possible to absorb shocks due to the movements of said wheels.
  • the body is subjected to a torsional force.
  • the resulting deformation is likely for example to jam the doors preventing their opening. We can observe this simply by stopping a car with only one wheel on the sidewalk, if it is high enough. In motion these deformations can be accompanied by squeaks.
  • the usual solution is to give the body a high degree of structural rigidity.
  • the radical remedy for the drawbacks mentioned above consists in establishing an appropriate internal conjugation between the deflections (vertical movements) of the wheels.
  • the result is an equilibrium relationship between the loads on the wheels: the assembly has become isostatic instead of hyperstatic, so that the four wheels can adapt to the warping of the ground support quadrilateral without having need to intervene an elastic deformation of the suspension springs.
  • the ground loads are independent of the warping of the support quadrilateral.
  • isostatic ground connection is the mounting of the front axle in a pendulum on a central support, system applied to all agricultural tractors (there is no “suspension” here elastic).
  • This rudimentary device entrusts the entire anti-spill function to the rear axle, thereby annoyingly reducing the reserve of stability as in the case of a three-wheeled vehicle.
  • the invention described here belongs to this family. It includes the conjugation (or even balancing) mechanism between AV spring and AR spring that is strictly necessary and sufficient to achieve the set goal: isostatism.
  • each axle is mounted "in pendulum" on a central support and the rocking (or cant) movements of the two axles are combined thanks to two longitudinal levers molded also in pendulum.
  • the conjugation is such that the superelevations of the two axles are always in opposite directions and in a constant ratio which is given by the position of the point of articulation of the longitudinal levers.
  • the conjugation lever can be arranged differently to the same replaced by a wheelhouse comprising for example two brackets connected by a longitudinal rod provided that this wheelhouse generates between the angular swings of the two axles the same relationship as the lever it replaces.
  • the stiffness of the transverse springs must satisfy the requirement of language recall.
  • the stiffness of the longitudinal springs must satisfy the requirement of the roll recall and the vertical translation recall given by the sum of the stiffnesses is found to be excessive , which is why such a device is not satisfactory.
  • Our invention retains the elastic return characteristics of conventional suspensions, namely an "AV suspension” and an AR suspension "which provide both the return in pitch and the return in vertical translation.
  • the invention proposes to obtain a suspension with an isostatic distribution of the loads on the ground, that is to say a distribution entirely determined by the equilibrium equations.
  • This distribution is not influenced by the warping of the ground support quadrilateral: thus, with the suspension described, slow movement or parking on very uneven ground (for example a single wheel on the pavement) does not produce torsion of the body or of the delasting of a wheel.
  • the expected benefits relate to: - improved traction by better support of the wheels on the ground either with a conventional transmission or with an all-wheel drive, - a reduction in the stresses on the structure of the vehicle, the effect of which is: . a reduction in this structure, . a reduction in noise.
  • FIG 1 we can see the object of the invention which shows the combined lifting system of the front and rear springs.
  • the vehicle is carried by two transverse leaf springs 1 and 2 bearing on the front rocket carriers 3 and 4 and rear 5 and 6, these being guided by known means but not shown.
  • the transverse leaf spring 1 is held in the front cradle 7 bearing on two bars 8 and 9. This double support can be replaced by a central recess (not shown).
  • This front cradle 7 is articulated to the body around the longitudinal axis 01-0′1.
  • the rear transverse leaf spring 2 is held in the rear cradle 10 bearing on two bars 11 and 12 which can be replaced by a central recess (not shown).
  • the rear cradle 10 is articulated to the body around the longitudinal axis 02-0′2.
  • Figure 1 shows the four wheels bearing on relatively flat ground
  • Figure 2 shows the same suspension where the wheels are supported on a very deformed surface.
  • FIG. 4 describes an embodiment with a lighter wheelhouse ensuring the connection by a rod working in traction and in compression, instead of the lever 13 which works in bending.
  • This wheelhouse which only allows reverse rotations of the cradles 7 and 10, connects two homologous points of the front and rear cradles. It consists of two brackets 18 and 19 articulated on horizontal axes fixed to the structure of the vehicle 03-0′3 and 04-0′4 linked together by a rod 20 working in traction and in compression and articulated 21 and 22 by its ends at the brackets 18 and 19. Transmission links 23 and 24 are articulated at 16 on the front cradle 7 and at 17 on the rear cradle 10 and at 25 on the bracket 18 and at 26 on the bracket 19.
  • the wheelhouse described in Figure 5 is in principle identical to that described in Figure 4. It illustrates the transmission of a movement whose point of application on the cradles 7 and 10 debate in a horizontal plane while this movement is was in a vertical plane on the description of Figure 4.
  • the brackets 18 and 19 are articulated on fixed axes on the structure of the vehicle 05-0′5 and 06-0′6 in vertical position .
  • the rods 23 and 24 move in substantially horizontal planes because they are attacked at 27 and 28 at the lower part of the cradles 7 and 10.
  • the rod 20 of course performs the same function.
  • the sharing rate can be adjusted at will in the workshop if there is provision in this wheelhouse system, at least one lever adjustable in length (for example 02-0′2 / 25 or 02-0 ′ / 21 for bracket 18) .
  • the roll back intensity depends on the spacing of the supports such as 8 and 9, 11 and 12. Such a double support system provides greater roll stiffness than simple central embedding, this being known.
  • the stiffness in roll of this suspension can be further increased by adding conventional anti-roll bars to it and retaining isostatism provided that these bars 29 and 30 are carried by the cradles 7 and 10.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Suspension mécanique de type isostatique notamment pour véhicule automobile comportant des essieux (7) et (10) articulés (01-0'1) et (02-0'2) sur la caisse du véhicule et portant chacun un ressort à lames transversal (1) et (2) et dont les mouvements angulaires sont conjugués par une timonerie (13) n'autorisant que des rotations de sens inverse.

Description

  • L'invention concerne un nouveau type de suspension mécanique, notamment pour les véhicules automobiles qui permet d'assurer les fonctions habituelles de la suspension et qui sont :
    - la tenue de route,
    - le confort des passagers,
    - le ménagement de la structure,
    sur tous les types de route, même sur les chemins peu carrossables.
  • Une suspension est un ensemble de pièces reliant les "éléments suspendus" (caisse du véhicule) à des "éléments non suspendus" (roues), cet ensemble permettant d'amortir les chocs dus aux déplacements desdites roues.
  • Les suspensions classiques comportent un ressort affecté à chaque roue, et il n'y a pas de système d'équilibrage interne entre ces ressorts. C'est seulement la déformation différente des quatre ressorts qui permet aux quatre roues d'être simultanément en appui sur le sol même quand le quadrilatère d'appui est gauche. On dit qu'une telle suspension est "hyperstatique" parce que les équations d'équilibre du véhicule (équation de la statique) ne sont pas suffisantes pour déterminer les charges d'appui au sol (contrairement au cas des systèmes dits "isostatiques", exemple : véhicule à 3 roues), il faut en plus faire intervenir le gauchissement du quadrilatère d'appui et l'élasticité de la suspension.
  • Ces suspensions hyperstatiques donnent généralement satisfaction lorsque le véhicule est utilisé sur les bonnes routes.
  • En cas de circulation sur chemins à peine carrossables, voire en tout-terrain, et plus précisément chaque fois que le quadrilatère formé par les quatre points d'appui au sol a un gauchissement accentué, la suspension classique manifeste deux inconvénients graves.
  • En effet, les déformations en sens contraire des systèmes élastiques interposés entre les roues et la caisse introduisent dans celle-ci deux couples antagonistes : un au droit de chaque essieu. Ceci a deux conséquences néfastes, les inconvénients annoncés plus haut :
  • - La caisse est soumise à un effort de torsion. La déformation qui en résulte est susceptible par exemple de coincer les portières empêchant leur ouverture. On peut observer ceci simplement en arrêtant une voiture avec une seule roue sur le trottoir, si celui-ci est assez haut. En mouvement ces déformations peuvent s'accompagner de grincements. La parade habituelle est de conférer à la caisse und grande rigidité de structure.
  • - Les charges au sol des 2 roues de chaque essieu deviennent fortement inégales : une roue est surchargée tandis que l'autre est délestée. Il en résulte, même si le véhicule a ses quatre roues motrices, une importante perte de motricité car celle-ci est gouvernée pour chaque train par la roue la moins chargée.
  • En fait, avec les suspensions "classiques" qui sont hyperstatiques, c'est seulement grâce à l'élasticité des liaisons entre roues et caisse (les ressorts dits de suspension) que les 4 roues peuvent reposer sur un quadrilatère d'appui gauche, mais ceci se fait au détriment de la répartition des charges sur les roues. On pourrait diminuer les reports de charges (surcharge et délestage) d'une roue à l'autre en assouplissant les suspensions mais cette voie est bien sûr limitée car elle conduit à un maintien de caisse insuffisant en virage quand la force centrifuge se manifeste.
  • A l'inverse s'il n'y a pas de suspension, ce qui revient à annuler la flexibilité des liaisons roue/caisse, l'appui simultané des quatre roues sur sol dénivelé est impossible. Ce cas est comparable à celui d'une table à quatre pieds posée sur un plancher déformé : la table "boîte".
  • Le remède radical aux inconvénients cités ci-dessus consiste à établir entre les débattements (mouvements verticaux) des roues une conjugaison interne appropriée. Il en résulte une relation d'équilibre entre les charges sur les roues : l'ensemble est devenu isostatique au lieu d'hyperstatique, de sorte que les quatre roues peuvent s'adapter au gauchissement du quadrilatère d'appui au sol sans qu'ait besoin d'intervenir une déformation élastique des ressorts de suspension. Ainsi, les charges au sol sont indépendantes du gauchissement du quadrilatère d'appui.
  • L'exemple le plus simple qu'on puisse trouver de liaison au sol isostatique est le montage de l'essieu AV en balancier sur un appui central, système appliqué à tous les tracteurs agricoles (il n'y a pas ici de "suspension" élastique).
  • Ce dispositif rudimentaire confie la totalité de la fonction antidéversement à l'essieu AR diminuant ainsi fâcheusement la réserve de stabilité comme dans le cas d'un véhicule à trois roues.
  • Les systèmes isostatiques plus évolués font participer les deux essieux à la fonction antidéversement, dans la proportion jugée optimale.
  • L'invention décrite ici appartient à cette famille. Elle comporte le mécanisme de conjugaison (ou encore d'équilibrage) entre ressort AV et ressort AR strictement nécessaire et suffisant à l'atteinte du but fixé : l'isostatisme.
  • Pour bien montrer ce qu'apporte l'invention par rapport aux dispositifs connus, partons du système simple sans suspension élastique décrit par le brevet américain n° 3 584 892 et applicable à un chariot de manutention. Ici chaque essieu est monté "en balancier" sur un appui central et les mouvements de balancement (ou de dévers) des deux essieux sont conjugués grâce à deux leviers longitudinaux moulés eux aussi en balancier. La conjugaison est telle que les dévers des deux essieux sont toujours de sens opposé et dans un rapport constant lequel est donné par la position du point d'articulation des leviers longutidinaux.
  • Les lois de la mécanique nous disent que l'équilibre des forces est gouverné par la relation entre les déplacements (ici les angles de dévers des deux essieux) et non par le détail du mécanisme de liaison. On peut tirer de ceci deux conséquences au sujet du dispositif examiné :
  • - Les deux leviers longitudinaux font double emploi. On peut en supprimer un (n'importe lequel) sans changer les propriétés du système.
  • - Le levier de conjugaison peut être agencé différemment au même remplacé par une timonerie comportant par exemple deux équerres reliées par un tige longitudinale pourvu que cette timonerie engendre entre les balancements angulaires des deux essieux la même relation que le levier qu'elle remplace.
  • Nous définissons ainsi des liaisons (par levier ou par timonerie) strictement nécessaires et suffisantes alors que la liaison par 2 leviers était surabondante.
  • Il faut maintenant faire coopérer ce dispositif d'équilibrage interne avec une suspension élastique.
  • Des inventeurs ont proposé pour cela de réaliser le cadre articulé décrit ci-dessus avec des éléments élastiques au lieu de rigides. Dans le brevet français n° 949 761, les deux essieux deviennent deux ressorts de flexion (ressorts à lames) transversaux et les deux balanciers deviennent deux ressorts de flexion longitudinaux. La condition d'équilibre interne entre les charges aux roues est conservée, donc ce dispositif est bien isostatique. Toutefois, pour atteindre ce résultat, il comporte plus de liaisons que le strict nécessaire et surtout ses propriétés de rappel élastique ne sont pas satisfaisantes, comme le montre l'explication suivante :
    - un mouvement (*) de tangage pur déforme seulement les ressorts transversaux,
    - un mouvement (*) de roulis pur déforme seulement les ressorts longitudinaux,
    - un mouvement (*) de translation verticale de la caisse déforme les quatre ressorts.
  • (*) Il s'agit d'un mouvement de la caisse, le sol étant fixe
  • Ainsi, la raideur des ressorts transversaux doit satisfaire à l'exigence du rappel en langage. La raideur des ressorts longitudinaux doit satisfaire à l'exigence du rappel en roulis et le rappel en translation verticale donné par la somme des raideurs se trouve être excessif, raison pour laquelle un tel dispositif n'est pas satisfaisant.
  • Il n'est pas satisfaisant non plus à cause de l'encombrement de ses ressorts longitudinaux, mal commodes à implanter.
  • Notre invention conserve les caractéristiques de rappel élastique des suspensions classiques, à savoir une "suspension AV" et une suspension AR" qui assurent à la fois le rappel en tangage et le rappel en translation verticale.
  • Le rappel en roulis est assuré aussi par cette suspension principale complétée si besoin est par des dispositifs antiroulis qui n'interviennent pas dans les deux autres mouvements. On peut ainsi ajuster ce rappel indépendamment des deux autres rappels.
  • Quant à la difficulté d'installation des ressorts de flexion longitudinaux, elle disparaît avec la suppression de ceux-ci.
  • L'invention se propose d'obtenir une suspension avec une répartition isostatique des charges au sol, c'est-à-dire une répartition entièrement déterminée par les équations d'équilibre. Cette répartition n'est pas influencée par la gauchissement du quadrilatère d'appui au sol : ainsi, avec la suspension décrite, la circulation lente ou le stationnement sur sol très dénivelé (par exemple une seule roue sur le trottoir) ne produisent pas de torsion de la caisse ni de délastage d'une roue.
  • Les avantages attendus portent sur :
    - un motricité améliorée par un meilleur appui des roues sur le sol soit avec une transmission classique, soit avec une transmission intégrale,
    - une diminution des sollicitations de la structure du véhicule dont l'effet est :
    . un allègement de cette structure,
    . une diminution des bruits.
  • Les dessins annexés illustrent l'invention :
    • - La figure 1 représente une vue simplifiée de la suspension sur sol plan.
    • - La figure 2 représente la même suspension sur sol déformé (les essieux sont "croisés").
    • - La figure 3 représente une autre vue en perspective selon un premier mode de réalisation de la timonerie.
    • - La figure 4 représente une autre vue en perspective selon un deuxième mode de réalisation de la timonerie.
    • - La figure 5 représente une autre vue en perspective selon un troisième mode de réalisation de la timonerie.
    • - La figure 6 représente une forme de réalisation particulière de la construction où les équerres rigides sont remplacées par des manivelles élastiques en torsion.
  • Sur la figure 1, on peut voir l'objet de l'invention qui montre le système de palonnage conjugué des ressorts avant et arrière. Le véhicule est porté par deux ressorts à lames transversaux 1 et 2 en appui sur les porte-fusées avant 3 et 4 et arrière 5 et 6, ceux-ci étant guidés par des moyens connus mais non représentés. Le ressort à lame transversal 1 est maintenu dans le berceau avant 7 en appui sur deux barrettes 8 et 9. Ce double appui peut être remplacé par un encastrement central (non représenté). Ce berceau avant 7 est articulé à la caisse autour de l'axe longitudinal 01-0′1.
  • De la même façon le ressort à lame transversal arrière 2 est maintenu dans le berceau arrière 10 en appui sur deux barrettes 11 et 12 qui peuvent être remplacées par un encastrement central (non représenté). Le berceau arrière 10 est articulé à la caisse autour de l'axe longitudinal 02-0′2.
  • Alors que la figure 1 représente les quatre roues en appui sur un sol relativement plan, la figure 2 représente la même suspension où les roues sont en appui sur une surface très déformée. On y voit très bien les positions angulaires relatives des deux berceaux 7 et 10 portant les ressorts à lames 1 et 2.
  • Les mouvements angulaires des berceaux 7 et 10 sont conjugués par une timonerie n'autorisant que des rotations de sens inverse dont une première réalisation est illustrée sur la figure 3.
  • Ces rotations inverses sont provoquées par le levier 13 articulé sur un axe vertical 00′ fixe sur la structure du véhicule det sensiblement positionné en son milieu. Des articulations 14 et 15 relient les points homologues des berceaux 7 et 10.
  • La figure 4 décrit une forme de réalisation avec une timonerie plus légère assurant la liaison par une tringle travaillant en traction et en compression, au lieu du levier 13 qui travaille en flexion.
  • Cette timonerie, qui n'autorise que les rotations de sens in­verse des berceaux 7 et 10, relie deux points homologues des berceaux avant et arrière. Elle est constituée par deux équerres 18 et 19 articulées sur des axes horizontaux fixés sur la structure du véhicule 03-0′3 et 04-0′4 liées entre elles par une tringle 20 travaillant en traction et en compression et articulée 21 et 22 par ses extrémités aux équerres 18 et 19. Des biellettes de transmission 23 et 24 sont articulées en 16 sur le berceau avant 7 et en 17 sur le berceau arrière 10 et en 25 sur l'équerre 18 et en 26 sur l'équerre 19.
  • La timonerie décrite sur la figure 5 est dans son principe identique à celle décrite sur la figure 4. Elle illustre la transmission d'un mouvement dont le point d'application sur les berceaux 7 et 10 débat dans un plan horizontal alors que ce débattement se faisait dans un plan vertical sur la description de la figure 4. On y retrouve les mêmes organes : les équerres 18 et 19 sont articulées sur des axes fixes sur la structure du véhicule 05-0′5 et 06-0′6 en position verticale. Les biellettes 23 et 24 débattent dans des plans sensiblement horizontaux car elles sont attaquées en 27 et 28 à la partie inférieure des berceaux 7 et 10. La tringle 20 assure bien entendu la même fonction.
  • Mais on peut aussi partir d'un point à déplacement oblique dans le plan transversal situé sur un rayon quelconque partant de 01-0′1 et 02-0′2.
  • Les timoneries décrites ci-dessus ont pour effet de partager les couples antidéversement dans un rapport constant. Ces couples ne peuvent plus être de sens contraire, ce qui évite de solliciter la caisse en torsion entre ses trains de roue.
  • Le taux de partage pourra être ajusté à volonté en atelier si on prévoit dans ce système de timonerie, au moins un levier réglable en longueur (par exemple 02-0′2/25 ou 02-0′/21 pour l'équerre 18).
  • L'intensité de rappel en roulis dépend de l'écartement des appuis tels que 8 et 9, 11 et 12. Un tel système de double appui confère une plus grande raideur de roulis que le simple encastrement central, ceci étant connu.
  • On peut encore augmenter la raideur en roulis de cette suspension en lui adjoignant des barres antiroulis classiques et conserver l'isostatisme à la condition que ces barres 29 et 30 soient portées par les berceaux 7 et 10.
  • Si, au contraire, on désire diminuer la raideur de rappel en roulis, après avoir remplacé les appuis doubles 8 et 9, 11 et 12 par des encastrements, on peut introduire une élasticité dans la timonerie en remplaçant, par exemple, les équerres rigides 18 et 19 par des manivelles 31 élastiques dont les bras rigides 32 et 33 sont solidaires d'un élément à torsion 34. Cette construction est décrite sur la figure 5.

Claims (4)

1°) Suspension mécanique de type isostatique pour véhicule automobile comportant un dispositif formant un essieu constitué par un berceau (7) articulé à sa partie centrale sur la structure du véhicule et portant les roues avant, un dispositif formant un essieu constitué par par un berceau (10) articulé par sa partie centrale sur la structure du véhicule et portant les roues arrière, et dont les mouvements angulaires sont conjugués par une timonerie (13 ; 18, 19, 20) n'autorisant que des rotations en sens inverse et dans laquelle les berceaux (7) et (10) portent chacun un ressort à lames transversal (1) et (2) en appui sur les porte-fusées (3) et (4), (5) et (6), caractérisée en ce que les points d'application (14), (15) ou (16) (17) ou (27) (28) de la timonerie (13) ou (18), (19), (20), sur les berceaux (7), (10) sont situés sur un rayon centré sur l'axe d'articulation (01-0′1) et (02-0′2) desdits berceaux.
2°) Suspension suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la position des appuis (8) et (9), (11) et (12) des ressorts à lames transversaux (1) et (2) sur les berceaux (7) et (10) est réglable en largeur sur lesdits berceaux.
3°) Suspension suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la longueur des leviers (03-0′3)-(21) ou (03-0′3)-(25) est réglable.
4°) Suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les berceaux (7) et (10) portent des barres antiroulis (29) et (30).
EP89403432A 1988-12-13 1989-12-12 Suspension mécanique de type isostatique notamment pour véhicule automobile Withdrawn EP0374030A1 (fr)

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